[go: up one dir, main page]

RU126122U1 - Sonar meter - Google Patents

Sonar meter Download PDF

Info

Publication number
RU126122U1
RU126122U1 RU2012145317/28U RU2012145317U RU126122U1 RU 126122 U1 RU126122 U1 RU 126122U1 RU 2012145317/28 U RU2012145317/28 U RU 2012145317/28U RU 2012145317 U RU2012145317 U RU 2012145317U RU 126122 U1 RU126122 U1 RU 126122U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ice
calculating
input
precipitation
thickness
Prior art date
Application number
RU2012145317/28U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Алексей Витальевич Богородский
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Концерн "Океанприбор"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Концерн "Океанприбор" filed Critical Открытое акционерное общество "Концерн "Океанприбор"
Priority to RU2012145317/28U priority Critical patent/RU126122U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU126122U1 publication Critical patent/RU126122U1/en

Links

Images

Landscapes

  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

Эхоледомер, содержащий эхолот, включающий излучающую антенну, характеристика направленности (ХН) которой ориентирована в сторону поверхности моря, соединенную с импульсным усилителем мощности, вход которого подсоединен к устройству синхронизации, также содержащий преобразователь гидростатического давления, подключенный к первому входу устройства вычисления осадки льда d, также содержащий последовательно соединенные программируемый блок хранения значений коэффициентов регрессии а и b, устройство вычисления толщины льда Hпо значениям его осадки d, с помощью уравнения линейной регрессии вида H(см)=ad(см)+b(см), устройство вычисления высоты плавучего льда относительно поверхности воды, как разности e=(H-d) для каждых пар значений осадки и толщины льда, полученных в последовательных циклах зондирования, и устройство отображения и регистрации осадки, толщины, высоты плавучего льда, при этом выход устройства вычисления осадки льда соединен со вторым входом устройства вычисления толщины льда и вторым входом устройства вычисления высоты плавучего льда, отличающийся тем, что эхолот выполнен многолучевым, содержащим также последовательно соединенные многоканальную приемную антенну, многоканальное усилительное устройство, формирующее многолучевую ХН, многоканальный АЦП, устройство измерения времени запаздывания Δt, эхосигнала по лучам и расчета дальностей rи устройство вычисления прямоугольных координат x, zточек нижней поверхности льда, выход которого соединен со вторым входом устройства вычисления осадки льда dи вторым входом устройства вычисления толщины льда H, при этом второй вход многоканального АЦП соед�An echo sounder containing an echo sounder including a radiating antenna whose directivity (XI) is oriented towards the sea surface, connected to a pulsed power amplifier, the input of which is connected to a synchronization device, also containing a hydrostatic pressure transducer connected to the first input of the ice precipitation calculation device d, also containing a programmable unit for storing the values of the regression coefficients a and b, a device for calculating the ice thickness H m of precipitation d, using the linear regression equation of the form H (cm) = ad (cm) + b (cm), a device for calculating the height of floating ice relative to the surface of the water, as the difference e = (Hd) for each pair of precipitation and ice thickness obtained in successive sensing cycles, and a device for displaying and recording precipitation, thickness, height of floating ice, while the output of the device for calculating ice precipitation is connected to the second input of the device for calculating the thickness of ice and the second input of the device for calculating the height of floating ice, characterized in that t is made multi-beam, also containing a series-connected multi-channel receiving antenna, a multi-channel amplifying device forming a multi-beam CV, multi-channel ADC, a device for measuring the delay time Δt, an echo signal from the rays and calculating ranges r and a device for calculating the rectangular coordinates x, z of the bottom surface of the ice, the output of which is connected with the second input of the device for calculating ice precipitation d and the second input of the device for calculating the ice thickness H, while the second input of the multi-channel ADC is connected

Description

Полезная модель относится к области гидроакустики, а именно к аппаратуре для дистанционного обнаружения плавучего льда и определения его морфометрических характеристик из-под воды.The utility model relates to the field of hydroacoustics, namely to equipment for remote detection of floating ice and determination of its morphometric characteristics from under water.

К основным морфометрическим характеристикам плавучих льдов относятся: осадка, толщина и высота льда, а также профиль рельефа нижней и верхней поверхностей ледяного покрова [1].The main morphometric characteristics of floating ice include: sediment, ice thickness and height, as well as the relief profile of the lower and upper surfaces of the ice cover [1].

Известен акусто-гидростатический эхоледомер [2], содержащий гидроакустический эхолот, включающий приемопередающую антенну, характеристика направленности которой ориентирована в сторону поверхности моря, соединенную через коммутатор приема/передачи с импульсным усилителем мощности и устройством синхронизации и устройством предварительной обработки эхосигнала к выходу которого подключено устройство измерения расстояния, также содержащий преобразователь гидростатического давления, подключенный к первому входу устройства вычисления осадки льда di второй вход которого соединен с выходом устройства измерения расстояния. В этом эхоледомере значение осадки льда определяется как разность между глубиной погружения hAi некоторой базовой точки объекта, которая измеряется преобразователем гидростатического давления (гидростатом), и расстоянием от этой же точки до нижней поверхности льда rAi, измеряемым обращенным вверх эхолотом.Known acousto-hydrostatic echo sounder [2], containing a hydroacoustic echo sounder, including a transceiver antenna, the directivity of which is oriented toward the sea surface, connected via a receive / transmit switch with a pulsed power amplifier and a synchronization device and an echo signal preprocessor to the output of which a measurement device is connected distance, also containing a hydrostatic pressure transducer connected to the first input of the device is calculated ice precipitation d i whose second input is connected to the output of the distance measuring device. In this echo-meter, the value of ice precipitation is defined as the difference between the immersion depth h Ai of a certain base point of the object, which is measured by a hydrostatic pressure transducer (hydrostat), and the distance from the same point to the bottom surface of the ice r Ai , measured by an upward echo sounder.

Эхоледомер [2] позволяет вычислять осадку льда d, в точке, находящейся над его акустической антенной. Полученные этим эхоледомером значения осадки льда часто используются в качестве действительных значений толщины плавучего льда Я,. Однако, практика показывает, что подобное приближение приThe echo-meter [2] makes it possible to calculate the ice sediment d, at a point located above its acoustic antenna. The values of ice precipitation obtained by this echo-meter are often used as actual values of the thickness of floating ice I. However, practice shows that such an approximation at

оценке толщины льда может вызывать ошибки до 20% и более от значения измеряемой толщины льда. Ошибки при оценке толщины льда возникают вследствие того, что упомянутый эхоледомер не учитывает высоту льда над поверхностью воды, которая зависит от плотности плавучего льда и высоты снежного покрова на нем, имеющих ярко выраженные сезонные изменения.estimation of ice thickness can cause errors of up to 20% or more of the measured ice thickness. Errors in estimating the thickness of ice arise due to the fact that the said echo-meter does not take into account the height of the ice above the surface of the water, which depends on the density of floating ice and the height of the snow cover on it, which have pronounced seasonal changes.

Известен акусто-гидростатический эхоледомер [3], позволяющий определить морфометрические характеристики льда. Этот эхоледомер содержит эхолот, включающий приемоизлучающую антенну, характеристика направленности (ХН) которой ориентирована в сторону поверхности моря, соединенную через коммутатор приема/передачи с импульсным усилителем мощности, устройством синхронизации и устройством предварительной обработки эхосигнала, к выходу которого подключено устройство измерения расстояния, также содержащий преобразователь гидростатического давления, подключенный к первому входу устройства вычисления осадки льда di;, второй вход которого соединен с выходом устройства измерения расстояния. В этом эхоледомере значение осадки льда определяется как разность между глубиной погружения hAi некоторой базовой точки объекта, которая измеряется преобразователем гидростатического давления (гидростатом), и расстоянием от этой же точки до нижней поверхности льда rAi, измеряемым обращенной вверх приемоизлучающей антенной эхолота.Known acousto-hydrostatic echo-meter [3], which allows to determine the morphometric characteristics of ice. This echo sounder contains an echo sounder, including a receiving-radiating antenna whose directivity (XI) is oriented toward the sea surface, connected via a receive / transmit switch with a pulse power amplifier, a synchronization device and an echo signal preprocessing device, to the output of which a distance measuring device is also connected, also containing a hydrostatic pressure transducer connected to the first input of the device for calculating ice precipitation d i ; the second input of which is connected to the output of the distance measuring device. In this echo-meter, the value of ice precipitation is defined as the difference between the immersion depth h Ai of a certain base point of the object, which is measured by a hydrostatic pressure transducer (hydrostat), and the distance from the same point to the bottom ice surface r Ai , measured by the upward-receiving antenna of the echo sounder.

За базовую точку объекта обычно принимается центр активной поверхности приемоизлучающей антенны эхолота. Такой эхоледомер позволяет вычислять осадку льда di, его толщину Hi; и высоту еi, в точке, находящейся над его акустической антенной.The center of the active surface of the echo-sounder transceiver antenna is usually taken as the base point of the object. Such an echo-meter makes it possible to calculate ice sediment d i , its thickness H i ; and height e i , at a point located above its acoustic antenna.

Осадка льда вычисляется в соответствии с выражением di=hAi-rAi где hAi - глубина погружения активной поверхности i-ой акустической антенны эхолота, вычисленная с помощью гидростата; rAi - кратчайшая дистанция между акустической антенной и границей раздела вода/лед в точке зондирования.Ice precipitation is calculated in accordance with the expression d i = h Ai -r Ai where h Ai is the immersion depth of the active surface of the i-th sonar acoustic antenna calculated using a hydrostat; r Ai is the shortest distance between the acoustic antenna and the water / ice interface at the sounding point.

Глубина погружения акустических антенн эхоледомера hAi может быть рассчитана по формуле hAi=(p-Patm)k1k2-zi(xi,yi,zi,θ,Ψ), где p - абсолютное гидростатическое давление, измеряемое датчиком (преобразователем) давления, установленном на объекте; patm ~ атмосферное давление над поверхностью льда в точке нахождения объекта; k1, k2- поправка на среднюю по вертикальному разрезу плотность морской воды ρ и гравитационная поправка соответственно; 2/ -аппликата соответствующей антенны относительно уровня, на котором измеряется гидростатическое давление; i=1, 2, 3.… - порядковый номер антенны.The immersion depth of the acoustic antennas h Ai can be calculated by the formula h Ai = (p-Patm) k 1 k 2 -z i (x i , y i , z i , θ, Ψ), where p is the absolute hydrostatic pressure measured a pressure sensor (transducer) installed at the facility; patm ~ atmospheric pressure above the ice surface at the point of the object; k 1 , k 2 - correction for the average vertical density of sea water density ρ and gravitational correction, respectively; 2 / -applicate of the corresponding antenna relative to the level at which hydrostatic pressure is measured; i = 1, 2, 3. ... - the serial number of the antenna.

Вычисление rAi осуществляется по формулеThe calculation of r Ai is carried out according to the formula

Figure 00000002
, где
Figure 00000003
- вычисление по результатам измерения эхолотом времени запаздывания ti эхосигнала относительно зондирующего сигнала дистанция до границы раздела вода/лед от i-ой антенны; с - значение средней по трассе распространения скорости звука; θ, Ψ - соответственно значения углов крена и дифферента объекта в момент зондирования; i=1, 2… n - номер антенны.
Figure 00000002
where
Figure 00000003
- calculation by the echo sounder of the measurement of the delay time t i of the echo signal relative to the probing signal, the distance to the water / ice interface from the i-th antenna; c is the value of the sound velocity average along the propagation path; θ, Ψ - respectively, the values of the angles of heel and trim of the object at the time of sounding; i = 1, 2 ... n is the antenna number.

Полученные таким эхоледомером значения осадки льда используются для вычисления значений толщины плавучего льда Я; и его высоты е; по выражениям Hi(см)=adi;(см)+b(см) и еi=(Hi-di), где а и b - эмпирические коэффициенты регрессии, учитывающие сезонные изменения плотности плавучего льда и высоты снежного покрова на нем, для каждого из трех основных сезонов годового цикла [4].The ice precipitation values obtained by such an echo-meter are used to calculate the thicknesses of floating ice I; and its height e; according to the expressions H i (cm) = ad i ; (cm) + b (cm) and e i = (H i -d i ), where a and b are empirical regression coefficients that take into account seasonal changes in the density of floating ice and snow depth on it, for each of the three main seasons of the annual cycle [4].

По количеству общих признаков эхоледомер [3] является наиболее близким аналогом предложенной полезной модели.By the number of common features, the echo-meter [3] is the closest analogue of the proposed utility model.

Как следует из описания его функционирования, недостатком эхоледомера прототипа является отсутствие в нем устройств и операций, позволяющих за один цикл «излучение - прием» определить осадку, толщину и высоту плавучего льда в полосе обзора (на некоторой площади поверхности льда) над подводным объектом. По результатам одного цикла «излучение - прием» можно получить данные об осадке, толщине и высоте льда только в одной точке его поверхности, находящейся над антенной эхолота.As follows from the description of its functioning, the disadvantage of the prototype echo-meter is the lack of devices and operations that make it possible to determine the draft, thickness and height of floating ice in the field of view (over a certain area of the ice surface) above the underwater object in one radiation-reception cycle. According to the results of one “radiation - reception” cycle, it is possible to obtain data on the draft, thickness and height of ice only at one point on its surface, located above the sounder antenna.

Задачей полезной модели является повышение производительности эхоледомера при определении морфометрических характеристик плавучего ледяного покрова и расширении его функциональных возможностейThe objective of the utility model is to increase the performance of the echo-meter in determining the morphometric characteristics of the floating ice sheet and expanding its functionality

Технический результат заявленного эхоледомера заключается в обеспечении возможности измерения за один цикл «излучение - прием» морфометрических характеристик ледяного покрова в широкой полосе обзора над подводным объектом.The technical result of the claimed echo-meter is to provide the possibility of measuring in one cycle "radiation - reception" of the morphometric characteristics of the ice cover in a wide field of view above the underwater object.

Для обеспечения заявленного технического результата в известный эхоледомер содержащий эхолот, включающий излучающую антенну, характеристика направленности (ХН) которой ориентирована в сторону поверхности моря, соединенную с импульсным усилителем мощности вход которого подсоединен к устройству синхронизации, также содержащий преобразователь гидростатического давления, подключенный к первому входу устройства вычисления осадки льда di, также содержащий последовательно соединенные программируемый блок хранения значений коэффициентов регрессии а и b, устройство вычисления толщины льда Hi, по значениям его осадки di; с помощью уравнения линейной регрессии вида Hi(см)=аdi(см)+b(см), устройство вычисления высоты плавучего льда относительно поверхности воды, как разности ei=(Hi-di) для каждых пар значений осадки и толщины льда, полученных в последовательных циклах зондирования, и устройство отображения и регистрации осадки, толщины, высоты плавучего льда, при этом выход устройства вычисления осадки льда соединен со вторым входом устройства вычисления толщины льда и вторым входом устройства вычисления высоты плавучего льда, введены новые признаки, а именно:To ensure the claimed technical result, a known echo sounder containing an echo sounder including a radiating antenna, the directivity characteristic (XI) of which is oriented towards the sea surface, connected to a pulsed power amplifier, whose input is connected to a synchronization device, also containing a hydrostatic pressure transducer connected to the first input of the device calculating ice precipitation d i, also comprising serially connected programmable coefficient value storage unit s and a regression b, computing device of ice thickness H i, its precipitation by values d i; using the linear regression equation of the form H i (cm) = ad i (cm) + b (cm), a device for calculating the height of floating ice relative to the surface of the water, as the difference e i = (H i -d i ) for each pair of precipitation values and the thickness of the ice obtained in successive sounding cycles, and the device for displaying and recording precipitation, thickness, height of floating ice, while the output of the device for calculating ice precipitation is connected to the second input of the device for calculating the thickness of ice and the second input of the device for calculating the height of floating ice, new features are introduced, namely :

в качестве эхолота использован многолучевой эхолот (МЭЛ), а также многоканальное усилительное устройство, формирующее многолучевую характеристику направленности, многоканальный АЦП, устройство измерения времени запаздывания Δti эхосигнала по лучам и расчета дальностей ri устройство вычисления прямоугольных координат xi,zi, точек нижней поверхности льда, выход которого соединен со вторым входом устройства вычисления осадки льда di и вторым входом устройства вычисления толщины льда Н,., при этом второй вход многоканального АЦП соединен со вторым выходом импульсного усилителя мощности а третий выход импульсного усилителя мощности соединен со вторым входом устройства отображения и регистрации осадки, толщины, высоты плавучего льда и профилей границ раздела вода/лед и лед/воздух, а также со вторым входом программируемого блока хранения значений коэффициентов регрессии α и b.a multi-beam echo sounder (MEL) was used as an echo sounder, as well as a multi-channel amplifying device that generates a multi-beam directivity, a multi-channel ADC, a device for measuring the delay time Δt i of the echo signal from the rays and calculating ranges r i, a device for calculating rectangular coordinates x i , z i , lower points the surface of the ice, the output of which is connected to the second input of the device for calculating ice precipitation di and the second input of the device for calculating the ice thickness H,., while the second input of the multi-channel ADC is connected about the second output of the pulsed power amplifier and the third output of the pulsed power amplifier is connected to the second input of the device for displaying and recording precipitation, thickness, height of floating ice and water / ice and ice / air interface profiles, as well as to the second input of the programmed unit for storing the values of regression coefficients α and b.

Излучающая акустическая антенна многолучевого эхолота (МЭЛ) имеет узкую в горизонтальной и широкую в вертикальной плоскостях характеристику направленности (ХН), и облучает импульсными зондирующими сигналами узкую в горизонтальной и широкую в вертикальной плоскости полосу нижней поверхности льда, а многоканальная приемная акустическая антенна, имеющая статический веер из 2i+1 узких парциальных ХН (лучей), акустические оси которых симметрично расположены под углами θ,(i=0, 1, 2,…n) относительно оси центральной вертикальной парциальной ХН (луч r0, θ0=90°), принимает отраженные и рассеянные облученной полосой поверхности льда эхосигналы (см. фиг.1). По измеренным временам запаздывания Δti между моментами излучения зондирующего сигнала и приходом рассеянного (отраженного) эхосигнала от облученных точек поверхности по каждому лучу ХН вычисляются дальности ri, до точек пересечения луча с нижней поверхностью льдаThe radiating acoustic antenna of a multi-beam echo sounder (MEL) has a narrow horizontal and wide vertical plane directional characteristic (CI), and irradiates with pulsed probing signals a narrow horizontal and wide vertical plane strip of the lower ice surface, and a multi-channel receiving acoustic antenna with a static fan of 2i + 1 narrow partial CNs (rays) whose acoustic axes are symmetrically located at angles θ, (i = 0, 1, 2, ... n) relative to the axis of the central vertical partial CN (ray r 0, θ 0 = 90 °), receives reflected and scattered by surface ice irradiated strip echoes (see FIG. 1). From the measured delay times Δt i between the moments of radiation of the probe signal and the arrival of the scattered (reflected) echo signal from the irradiated surface points, the distances r i are calculated for each beam XN to the points of intersection of the beam with the lower ice surface

Введение новых признаков позволяет технически реализовать принципиальную возможность за один цикл «излучение - прием» измерять морфометрические характеристики ледяного покрова в широкой полосе обзора над подводным объектом.The introduction of new features makes it possible to technically realize the fundamental possibility in one cycle "radiation - reception" to measure the morphometric characteristics of the ice cover in a wide field of view above the underwater object.

Сущность полезной модели поясняется фиг.1 и фиг.2.The essence of the utility model is illustrated in figure 1 and figure 2.

На фиг.1 дана схема, поясняющая принцип работы эхоледомера, где в проекции на вертикальную и горизонтальную плоскости изображены:Figure 1 is a diagram explaining the principle of operation of the echo-meter, where in projection on the vertical and horizontal planes are shown:

A1, A2 - соответственно излучающая и многоканальная приемная акустические антенны МЭЛ;A 1 , A 2 - respectively emitting and multi-channel receiving acoustic antennas MEL;

ХН - характеристика направленности (парциальная);ХН - directivity characteristic (partial);

ДΘ0,7 - ширина парциальной ХН приемной акустической антенны на уровне 0,7 в горизонтальной плоскости;ДΘ 0.7 - the width of the partial CN of the receiving acoustic antenna at a level of 0.7 in the horizontal plane;

0 - начало прямоугольной системы координат х, 0, z; связанной с приемной и илучающей антеннами;0 - beginning of a rectangular coordinate system x, 0, z; associated with the receiving and radiating antennas;

r0, ri, rn - дальности от начала координат (0) до точек (0, М, N) пересечения соответствующих лучей статического веера ХН с нижней поверхностью льда;r 0 , r i , r n - the distance from the origin (0) to the points (0, M, N) of the intersection of the corresponding rays of the static fan XN with the lower surface of the ice;

r(-i),r(-n) - дальности от начала координат (0) до точек пересечения соответствующих лучей статического веера ХН с нижней поверхностью льда в области отрицательных значений координаты х;r (-i), r (-n) - the distance from the origin (0) to the intersection points of the corresponding rays of the static fan XN with the lower surface of the ice in the region of negative values of the x coordinate;

zi - высота точки поверхности льда относительно горизонтальной плоскости, в которой лежат активные поверхности антенн А,А2;z i - the height of the ice surface point relative to the horizontal plane in which the active surfaces of the antennas A, A 2 lie;

h0 - глубина погружения активных поверхностей акустических антенн МЭЛ относительно поверхности воды;h 0 - immersion depth of the active surfaces of the acoustic antennas MEL relative to the surface of the water;

θi - угол скольжения;θi is the slip angle;

Ln,L(-n) - полосы обзора льда, справа и слева от диаметральной плоскости носителя, соответствующие положительному и отрицательному направлениям оси х;L n , L (-n) - ice viewing lines to the right and left of the carrier’s diametrical plane, corresponding to the positive and negative directions of the x axis;

di-осадка льда;d i - ice precipitation;

Нi - толщина льда;H i is the thickness of the ice;

еi - высота льда.e i - the height of the ice.

На фиг.2 представлена структурная схема предлагаемого эхоледомера. Эхоледомер содержит: излучающую акустическую антенну, A1 расположенную на корпусе подводного объекта. ХН антенны А1 ориентирована вертикально к поверхности моря. Выводы антенны соединены с выходом импульсного усилителя 1 мощности, вход которого подсоединен к устройству 12 синхронизации МЭЛ. Выходы многоканальной приемной акустической антенны А2 соединены со входом многоканального усилительного устройства 2, формирующего многолучевую ХН, выход которого соединен с первым входом многоканального 3 АЦП, второй вход которого соединен со вторым выходом импульсного усилителя 1 мощности, а выход многоканального 3 АЦП, соединен с входом устройства 4 измерения времени запаздывания Δti эхосигнала по лучам и расчета дальностей ri. Выход устройства 4 соединен с входом устройства 5 вычисления прямоугольных координат хi zi точек нижней поверхности льда, выход которого соединен со вторым входом устройства 7 вычисления осадки льда di и вторым входом устройства 8 вычисления толщины льда Hi первые входы которых соединены с выходом преобразователя 6 гидростатического давления. Выход устройства 8 подключен к первому входу устройства 9 вычисления высоты еi, плавучего льда, выход которого соединен с входом устройства 11 отображения и регистрации осадки, толщины, высоты плавучего льда и профилей границ раздела вода/лед и лед/воздух, третий выход устройства 1 подключен ко второму входу устройства 11 и ко второму входу программируемого блока 10 хранения значений коэффициентов регрессии (а, б), выход которого подключен к третьему входу устройства 8.Figure 2 presents the structural diagram of the proposed echo-meter. The echo-meter contains: a radiating acoustic antenna, A 1 located on the body of an underwater object. AN antenna A 1 is oriented vertically to the sea surface. The antenna leads are connected to the output of a pulse power amplifier 1, the input of which is connected to the MEL synchronization device 12. The outputs of the multi-channel receiving acoustic antenna A 2 are connected to the input of the multi-channel amplifying device 2, forming a multi-beam CV, the output of which is connected to the first input of the multi-channel 3 ADC, the second input of which is connected to the second output of the pulse power amplifier 1, and the output of the multi-channel 3 ADC is connected to the input device 4 measuring the delay time Δt i of the echo signal by the rays and calculating the ranges of r i . The output of the device 4 is connected to the input of the device 5 for calculating the rectangular coordinates x i z i of the points of the lower surface of the ice, the output of which is connected to the second input of the device 7 for calculating the ice precipitation d i and the second input of the device 8 for calculating the ice thickness H i whose first inputs are connected to the output of the converter 6 hydrostatic pressure. The output of the device 8 is connected to the first input of the device 9 for calculating the height e i , floating ice, the output of which is connected to the input of the device 11 for displaying and recording precipitation, thickness, height of the floating ice and water / ice and ice / air interface profiles, the third output of the device 1 connected to the second input of the device 11 and to the second input of the programmable block 10 storing the values of the regression coefficients (a, b), the output of which is connected to the third input of the device 8.

Антенны А1 и A2 и а также устройства и блоки 1 - 5 и 12 предложенного эхоледомера технически представляют собой типовые функциональные узлы серийных многолучевых эхолотов с фазированными антенными решетками [2]. Устройство 6, представляют собой электронно-гидравлический прибор, содержащий преобразователь абсолютного гидростатического давления и электронную схему обработки выходных данных преобразователя, конструкция и алгоритм работы которого являются типовыми для серийных акусто-гидростатических эхоледомеров [5]. Устройства 7-11 представляют собой электронные приборы, алгоритмы работы которых реализованы с помощью цифровых программируемых средств. Так, устройство 10 хранит и выдает в устройство 8 в течение текущего сезона годового цикла соответствующие периодам этого цикла (месяцам и числам) запрограммированные в его памяти значения коэффициентов регрессии а и b, и попарно изменяет значения этих коэффициентов регрессии при наступлении момента смены сезона годового цикла на следующий. Устройство 7 запрограммировано на выполнение вычислений осадки льда по формуле di=ho-zi, а устройства 8 и 9 - на выполнение вычислений параметров ледяного покрова по выражениям Hi(см)=adi(см)+b(см) и еi=(Hi-di) соответственно.Antennas A 1 and A 2 as well as devices and units 1 - 5 and 12 of the proposed echo-meter are technically typical functional units of serial multipath echo sounders with phased antenna arrays [2]. Device 6 is an electronic-hydraulic device containing an absolute hydrostatic pressure transducer and an electronic circuit for processing the output data of the transducer, the design and operation algorithm of which are typical for serial acousto-hydrostatic echo-meters [5]. Devices 7-11 are electronic devices whose operation algorithms are implemented using digital programmable tools. So, the device 10 stores and outputs to the device 8 during the current season of the annual cycle the values of the regression coefficients a and b programmed in its memory, corresponding to the periods of this cycle (months and numbers), and changes the values of these regression coefficients in pairs when the season of the annual cycle changes to the next one. Device 7 is programmed to perform ice precipitation calculations using the formula d i = h o -z i , and devices 8 and 9 are programmed to perform ice sheet calculations using the expressions H i (cm) = ad i (cm) + b (cm) and e i = (H i -d i ), respectively.

Определение параметров ледяного покрова с помощью предложенного эхоледомера (фиг.1), осуществляется следующим образом.The determination of the parameters of the ice cover using the proposed echo-meter (figure 1) is as follows.

В некоторый момент времени устройство 12 синхронизации вырабатывает короткий синхроимпульс, задающий начало цикла «излучение-прием». Под воздействием синхроимпульса импульсный усилитель 1 мощности вырабатывает радиоимпульс заданного вида, длительности и амплитуды, который поступает на вход излучающей акустической антенны А1 МЭЛ. Излучающая антенна А1 МЭЛ, размещенного на подвижном подводном носителе, излучает в сторону поверхности воды мощный акустический импульсный зондирующий радиосигнал. Поскольку продольная ось симметрии излучающей антенны МЭЛ располагается в плоскости параллельной или совпадающей с диаметральной плоскостью носителя, происходит облучение нижней поверхности льда акустической энергией в направлениях перпендикулярных линии пути носителя. Вследствие узкой в горизонтальной и широкой в вертикальной плоскостях ХН излучающей антенны МЭЛ, на нижней поверхности льда облучается узкая в диаметральной плоскости и широкая в плоскости шпангоута носителя полоса нижней поверхности льда.At some point in time, the synchronization device 12 generates a short clock pulse, which sets the start of the radiation-receive cycle. Under the influence of the clock pulse, the pulse power amplifier 1 generates a radio pulse of a given type, duration and amplitude, which is fed to the input of the emitting acoustic antenna A 1 MEL. The emitting antenna A 1 MEL, placed on a movable underwater carrier, emits a powerful acoustic pulsed sounding radio signal to the side of the water surface. Since the longitudinal axis of symmetry of the MEL emitting antenna is located in a plane parallel to or coinciding with the diametrical plane of the carrier, the lower surface of the ice is irradiated with acoustic energy in the directions perpendicular to the carrier line. Due to the MEL emitting antenna narrow in the horizontal and wide in the vertical planes of the XI, on the lower surface of the ice a strip of the lower surface of the ice is narrow in the diametrical plane and wide in the plane of the carrier frame.

После излучения зондирующего радиосигнала МЭЛ переходит в режим приема рассеянных (отраженных) нижней поверхностью ледяного покрова эхосигналов. Прием эхо-сигналов осуществляет многоканальная А2 приемная акустическая антенна (плоская прямоугольная фазированная антенная решетка), имеющая статический веер из 2i+1 узких парциальных ХН (лучей), акустические оси которых симметрично расположены под углами θi(i=0, 1, 2,…n) относительно оси центральной вертикальной парциальной ХН(луч r0, θ0=90°). Плоскость статического веера ХН находится в плоскости параллельной или совпадающей с плоскостью шпангоута носителя МЭЛ. Первыми к антенне приходят эхосигналы от наиболее близких точек поверхности льда (0,…М) затем от все более удаленных точек облученной полосы нижней поверхности льда, и наконец, от точки N.After radiation of the probing radio signal, the MEL switches to the reception mode of the echo signals scattered (reflected) by the lower surface of the ice sheet. Echo signals are received by a multi-channel A 2 receiving acoustic antenna (a flat rectangular phased antenna array) having a static fan of 2i + 1 narrow partial CNs (rays) whose acoustic axes are symmetrically located at angles θi (i = 0, 1, 2, ... n) relative to the axis of the central vertical partial CN (ray r 0 , θ 0 = 90 °). The plane of the XN static fan is in the plane parallel to or coinciding with the plane of the frame of the MEL carrier. Echo signals from the closest points on the ice surface (0, ... M) come first to the antenna, then from more and more distant points of the irradiated strip of the lower ice surface, and finally, from point N.

Многоканальное усилительное 2 устройство формирует 2i+1(i+0, 1, 2,…n) приемных пространственных канала, которые принимают и преобразовывают эхосигналы от облученных точек нижней поверхности льда, приходящие по каждому парциальному лучу многолучевой ХН. В многоканальном АЦП - 3 происходит преобразование аналоговых выходных процессов в пространственных каналах МЭЛ в цифровую форму. В устройстве 4 измеряются времена запаздывания Δti эхосигналов по отношению к моменту излучения зондирующего радиосигнала и вычисляются дальности ri, до точек пересечения луча с нижней поверхностью льда по формуле ri=(cΔti)/2 где с- скорость звука в воде.A multi-channel amplifier 2 device generates 2i + 1 (i + 0, 1, 2, ... n) receiving spatial channels that receive and convert echo signals from irradiated points on the lower surface of the ice, arriving for each partial beam of a multipath CN. In multi-channel ADC - 3, the conversion of analog output processes in the MEL spatial channels to digital form occurs. In device 4, the delay times Δ ti of the echo signals are measured with respect to the moment of radiation of the probing radio signal and the ranges r i are calculated to the points of intersection of the beam with the lower surface of the ice using the formula ri = (cΔt i ) / 2 where c is the speed of sound in water.

Далее, с использованием выражений

Figure 00000004
Next, using expressions
Figure 00000004

Figure 00000005
где θi - угол скольжения соответствующего луча относительно горизонтальной плоскости, в устройстве 5 вычисляются прямоугольные координаты - высота z, и горизонтальная дальность х,
Figure 00000005
where θ i is the sliding angle of the corresponding beam relative to the horizontal plane, rectangular coordinates are calculated in the device 5 — the height z, and the horizontal distance x,

соответствующих точек нижней поверхности льда в системе прямоугольных координат х, 0, z, связанных с приемной акустической антенной МЭЛ.corresponding points of the lower ice surface in the rectangular coordinate system x, 0, z associated with the receiving acoustic antenna MEL.

При этом начало координат 0 находится в середине приемной поверхности антенны, ось z перпендикулярна этой поверхности, а ось х лежит в вертикальной плоскости и совпадает с продольной осью симметрии антенны. Затем, используя значения высоты 2, в устройстве 7 вычисляют значения осадки льда di в каждой i-той точке рассеяния (отражения) от нижней поверхности льда, находящейся на соответствующей горизонтальной дальности xi, по формуле di=h0 - z;, где h0 -глубина активных поверхностей акустических антенн МЭЛ относительно поверхности воды, которую вычисляют по формуле h0={р- Patm}k1k2, где p - абсолютное гидростатическое давление на глубине погружения активных поверхностей акустических антенн, измеренное гидростатом 6; Patm - атмосферное давление над поверхностью льда в точке нахождения МЭЛ, k1, поправка на среднюю по вертикальному разрезу плотность морской воды ρ и k2 -гравитационная поправка соответственно. Затем в устройстве 8 вычисляется толщина льда Я; с помощью уравнения линейной регрессии вида Hi(см)=ad, (см)+b (см), где а и b - эмпирические коэффициенты регрессии, запрограммированные в устройстве 10 и учитывающие сезонные изменения плотности плавучего льда и высоты снежного покрова на нем, для каждого из трех основных сезонов годового цикла [4]. В устройстве 9 вычисляют для каждой г-той точки высоту плавучего льда еi относительно поверхности воды, как разность значений его толщины и осадки в точках поверхности по формуле ei=(Hi-di).In this case, the origin 0 is located in the middle of the receiving surface of the antenna, the z axis is perpendicular to this surface, and the x axis lies in the vertical plane and coincides with the longitudinal axis of symmetry of the antenna. Then, using the values of height 2, the values of ice precipitation d i at each i-th point of scattering (reflection) from the bottom surface of the ice located at the corresponding horizontal distance x i are calculated in the device 7 using the formula d i = h 0 - z ;, where h 0 is the depth of the active surfaces of MEL acoustic antennas relative to the water surface, which is calculated by the formula h 0 = {p-Patm} k 1 k 2 , where p is the absolute hydrostatic pressure at the immersion depth of the active surfaces of the acoustic antennas, measured by hydrostat 6; Patm — atmospheric pressure above the ice surface at the point of MEL location, k 1 , correction for the average vertical density of sea water ρ and k 2 — gravity correction, respectively. Then, in the device 8, the thickness of ice I is calculated; using the linear regression equation of the form H i (cm) = ad, (cm) + b (cm), where a and b are the empirical regression coefficients programmed in device 10 and taking into account seasonal changes in the density of floating ice and the height of the snow cover on it, for each of the three main seasons of the annual cycle [4]. In device 9, for each nth point, the height of the floating ice e i relative to the surface of the water is calculated as the difference between the values of its thickness and precipitation at the surface points using the formula e i = (H i -d i ).

После получения массива данных об осадке, толщине и высоте ледяного покрова по всем 2i+1 пространственным каналам в одном цикле зондирования («излучение - прием») данные регистрируются и в соответствующем виде отображаются на устройстве 11 отображения. По значениям ei+(Hi-di), Hi(см)=adi(cv)+b(см) и хi, строятся графические зависимости ei=ƒ(x) которые характеризуют профили рельефа верхней и нижней поверхностей ледяного покрова, обследованные в текущем цикле зондирования в полосах обзора Ln и L(-n), соответствующих положительному и отрицательному направлениям оси х в пределах диапазона углов θn охватываемых статическим веером ХН приемной акустической антенны МЭЛ.After receiving an array of data on the precipitation, thickness and height of the ice cover over all 2i + 1 spatial channels in one sensing cycle (“radiation - reception”), the data are recorded and displayed in the corresponding form on the display device 11. Using the values of e i + (H i -d i ), H i (cm) = ad i (cv) + b (cm) and x i , graphical dependencies e i = ƒ (x) are constructed that characterize the top and bottom relief profiles ice cover surfaces examined in the current sensing cycle in the viewing lines L n and L (-n) corresponding to the positive and negative directions of the x axis within the range of angles θ n covered by the static fan XN of the MEL receiving acoustic antenna.

Эмпирические коэффициенты регрессии могут быть определены для летнего сезона (16 июня - сентябрь) α=0,83, b=39,2, для осеннего сезона (октябрь - ноябрь) α=1,084, b=0,6 и зимнего сезона (декабрь - 15 июня) a=1,070,b=4,6, [4].The empirical regression coefficients can be determined for the summer season (June 16 - September) α = 0.83, b = 39.2, for the autumn season (October - November) α = 1.084, b = 0.6 and the winter season (December - June 15) a = 1.070, b = 4.6, [4].

После приема эхосигнала от наиболее удаленной точки облученной полосы нижней поверхности льда (точки N) режим приема заканчивается и система переходит в режим ожидания появления очередного синхроимпульса, вырабатываемого в устройстве 12.After receiving the echo from the farthest point of the irradiated strip of the lower ice surface (point N), the reception mode ends and the system goes into standby mode for the appearance of the next clock pulse generated in the device 12.

Для получения профиля ледовой поверхности за пределами угла, охватываемого ХН антенн МЭЛ в горизонтальной плоскости, подводный объект может быть перемещен, после чего МЭЛ излучает в сторону поверхности воды очередной акустический импульсный зондирующий радиосигнал. По мере движения носителя по линии пути облучаются новые, примыкающие друг к другу полосы нижней поверхности льда, эхосигналы от которых принимаются антенной A2 МЭЛ.To obtain a profile of the ice surface beyond the angle covered by the XI of the MEL antennas in the horizontal plane, the underwater object can be moved, after which the MEL emits another acoustic pulsed sounding radio signal to the side of the water surface. As the carrier moves along the path line, new adjacent bands of the lower ice surface are irradiated, the echo signals from which are received by the A 2 MEL antenna.

В результате с помощью предлагаемого устройства можно определить морфометрические характеристики плавучего ледяного покрова (осадку, толщину, высоту, профили рельефа нижней и верхней поверхности) не только в широкой полосе обзора над носителем, характеризуемой значениями Ln и L(-n) но и по площади поверхности.As a result, using the proposed device, it is possible to determine the morphometric characteristics of the floating ice cover (draft, thickness, height, top and bottom relief profiles) not only in a wide field of view above the carrier, characterized by the values of L n and L (-n) but also by area surface.

Источники информацииInformation sources

1. Бородачев В.Е., Гаврило В.П., Казанский М.М. Словарь морских ледовых терминов. СПб.: Гидрометеоиздат, 1994. - 138 с.1. Borodachev V.E., Gavrilo V.P., Kazan M.M. Glossary of marine ice terms. St. Petersburg: Gidrometeoizdat, 1994 .-- 138 p.

2. Богородский А.В., Островский Д.Б. Гидроакустические навигационные и поисково-обследовательские средства. С-Пб.: Издательство СПб ГЭТУ «ЛЭТИ», 2009.242 с.2. Bogorodsky A.V., Ostrovsky D.B. Hydroacoustic navigation and search and research facilities. S-Pb.: Publishing House of St. Petersburg GETU "LETI", 2009.242 p.

3. Пат. РФ №120766 / Богородский А.В., Лебедев Г.А, Эхоледомер; Опубл. 27.09.2012 г.3. Pat. RF №120766 / Bogorodsky A.V., Lebedev G.A., Echo-meter; Publ. 09/27/2012

4. Миронов Е.У., Сенько Е.П. О взаимосвязи толщины и осадки льда // Труды ААНИИ.-1995. Т.435.- С.47-544. Mironov E.U., Senko EP On the relationship of thickness and precipitation of ice // Transactions of AANII.-1995. T.435.- S.47-54

5. Руководство по эксплуатации изделия МГ-518М. УЛИК.365 183. 001 РЭ. Республика Молдова, г.Бэлцъ, АО «НИИ «Риф-Аквааппарат», 2011 г.5. The instruction manual for the product MG-518M. STREET. 365 183. 001 RE. Republic of Moldova, Balti, JSC “Research Institute“ Rif-Aquaapparat ”, 2011

Claims (1)

Эхоледомер, содержащий эхолот, включающий излучающую антенну, характеристика направленности (ХН) которой ориентирована в сторону поверхности моря, соединенную с импульсным усилителем мощности, вход которого подсоединен к устройству синхронизации, также содержащий преобразователь гидростатического давления, подключенный к первому входу устройства вычисления осадки льда di, также содержащий последовательно соединенные программируемый блок хранения значений коэффициентов регрессии а и b, устройство вычисления толщины льда Hi по значениям его осадки di, с помощью уравнения линейной регрессии вида Hi(см)=adi(см)+b(см), устройство вычисления высоты плавучего льда относительно поверхности воды, как разности ei=(Hi-di) для каждых пар значений осадки и толщины льда, полученных в последовательных циклах зондирования, и устройство отображения и регистрации осадки, толщины, высоты плавучего льда, при этом выход устройства вычисления осадки льда соединен со вторым входом устройства вычисления толщины льда и вторым входом устройства вычисления высоты плавучего льда, отличающийся тем, что эхолот выполнен многолучевым, содержащим также последовательно соединенные многоканальную приемную антенну, многоканальное усилительное устройство, формирующее многолучевую ХН, многоканальный АЦП, устройство измерения времени запаздывания Δt, эхосигнала по лучам и расчета дальностей ri и устройство вычисления прямоугольных координат xi, zi точек нижней поверхности льда, выход которого соединен со вторым входом устройства вычисления осадки льда di и вторым входом устройства вычисления толщины льда Hi, при этом второй вход многоканального АЦП соединен со вторым выходом импульсного усилителя мощности, а третий выход импульсного усилителя мощности соединен со вторым входом устройства отображения и регистрации осадки, толщины, высоты плавучего льда и профилей границ раздела вода/лед и лед/воздух, а также со вторым входом программируемого блока хранения значений коэффициентов регрессии а и b.
Figure 00000001
An echo sounder containing an echo sounder including a radiating antenna whose directivity (XI) is oriented toward the sea surface, connected to a pulsed power amplifier, the input of which is connected to a synchronization device, also containing a hydrostatic pressure transducer connected to the first input of an ice precipitation calculation device d i , also containing a series-connected programmable unit for storing the values of the regression coefficients a and b, a device for calculating the ice thickness H i the precipitation d i , using the linear regression equation of the form H i (cm) = ad i (cm) + b (cm), a device for calculating the height of floating ice relative to the surface of the water, as the difference e i = (H i -d i ) for each pair of precipitation and ice thickness values obtained in successive sensing cycles, and a device for displaying and recording precipitation, thickness, height of floating ice, while the output of the ice precipitation calculating device is connected to the second input of the ice thickness calculating device and the second input of the floating height calculating device ice different in that the echo sounder is multi-beam, also containing a multi-channel receiving antenna, a multi-channel amplifying device forming a multi-beam CN, multi-channel ADC, a device for measuring the delay time Δt, an echo signal from the rays and calculating ranges r i and a device for calculating rectangular coordinates x i , z i points of the lower surface of the ice, the output of which is connected to the second input of the device for calculating ice precipitation d i and the second input of the device for calculating ice thickness H i , while the second input is many the channel ADC is connected to the second output of the pulse power amplifier, and the third output of the pulse power amplifier is connected to the second input of the device for displaying and recording precipitation, thickness, height of floating ice and water / ice and ice / air interface profiles, as well as to the second input of the programmable unit storing the values of the regression coefficients a and b.
Figure 00000001
RU2012145317/28U 2012-10-24 2012-10-24 Sonar meter RU126122U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012145317/28U RU126122U1 (en) 2012-10-24 2012-10-24 Sonar meter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012145317/28U RU126122U1 (en) 2012-10-24 2012-10-24 Sonar meter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU126122U1 true RU126122U1 (en) 2013-03-20

Family

ID=49125171

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012145317/28U RU126122U1 (en) 2012-10-24 2012-10-24 Sonar meter

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU126122U1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2541435C1 (en) * 2013-10-22 2015-02-10 Открытое акционерное общество "Концерн "Океанприбор" Method of determining iceberg immersion

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2541435C1 (en) * 2013-10-22 2015-02-10 Открытое акционерное общество "Концерн "Океанприбор" Method of determining iceberg immersion

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2030041B1 (en) Methods and systems for passive range and depth localization
CN105004413B (en) Acoustic propagation path comprehensive speed assay method and device for submarine target positioning
CN108802735A (en) A kind of submarine target positioning and speed-measuring method and device for unknown velocity of sound environment
US20140228688A1 (en) Method And Apparatus For Automated Ultrasonic Doppler Angle And Flow Velocity Estimation
RU2343502C2 (en) Method and system of positional analysis of object under observation by depth in aqueous medium
RU120766U1 (en) Sonar meter
CN103969639B (en) The signal processing system of five wave beam fish detectors and signal processing method thereof
RU2634787C1 (en) Method of detecting local object against background of distributed interference
CN101907708B (en) Method for measuring target echo bright spots
RU136899U1 (en) AQUATORIA BOTTOM SHOOTING DEVICE
RU2346295C1 (en) Active sonar
CN108398690B (en) Submarine backscattering intensity measuring method
RU2559159C1 (en) Ice thickness measuring method
RU2451300C1 (en) Hydroacoustic navigation system
RU2697430C1 (en) Hydroacoustic system for fish monitoring in cages of industrial aquaculture enterprises
RU126122U1 (en) Sonar meter
RU2548596C1 (en) Method of determining iceberg submersion
RU2541435C1 (en) Method of determining iceberg immersion
RU2421755C1 (en) Method and device for searching for and counting fish
CA2774758C (en) Method and device for measuring a profile of the ground
JP2016212034A (en) Sound source position estimating apparatus, method, and program
RU153808U1 (en) PARAMETRIC ECHO DEDOMETER
RU117018U1 (en) NAVIGATING HYDROACOUSTIC STATION
RU2510608C1 (en) Method of measuring thickness of ice from underwater vehicle
RU2545065C2 (en) Method to measure acoustic speed in water

Legal Events

Date Code Title Description
MM9K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20181025